1- Determine o número de oxidação da espécie sublinhada nos seguintes compostos: \mathrm{NH}_{4}\left[\underline{\mathrm{SbCl}_{5}} \mathrm{Ph}\right]
[ \mathrm{FeCp}_{2} ] \left[\mathrm{PbEt}_{4}\right]
[ \underline{\mathrm{V}}(\mathrm{CO})_{4} \mathrm{Cp} ]
Passo 1
O que o problema pede: determinar o número de oxidação da espécie sublinhada em cada um dos quatro compostos dados. Vou trabalhar na ordem em que aparecem:
\mathrm{NH}_{4}\left[\underline{\mathrm{SbCl}_{5}}\mathrm{Ph}\right] — a parte sublinhada é \mathrm{SbCl}_{5} dentro do ânion [\mathrm{SbCl}_{5}\mathrm{Ph}]^{?}. O sal contém o cátion \mathrm{NH}_{4}^{+}.
[\mathrm{FeCp}_{2}] — interpretar a espécie \mathrm{FeCp}_{2} (ferroceno) e achar o número de oxidação do ferro.
\left[\mathrm{PbEt}_{4}\right] — aqui a espécie central é \mathrm{PbEt}_{4} (tetraetilchumbo).
[\underline{\mathrm{V}}(\mathrm{CO})_{4}\mathrm{Cp}] — a parte sublinhada é o átomo de \mathrm{V} no complexo \mathrm{V}(\mathrm{CO})_{4}\mathrm{Cp}.
Informações relevantes dadas no enunciado que usarei:
O primeiro composto é um sal com \mathrm{NH}_{4}^{+}, portanto o anião dentro dos colchetes tem carga total -1.
Os ligantes presentes: \mathrm{Cl}, \mathrm{Ph} (fenil), \mathrm{Cp} (ciclopentadienil), \mathrm{CO} e \mathrm{Et} (etil). Vou precisar atribuir cargas formais usuais para esses ligantes ao calcular os números de oxidação.
Passo 2
Regras e conceitos que vou usar (explicadas com calma):
Definição prática: o número de oxidação (n.o.) de um átomo numa molécula é um número inteiro que representa a carga formal que o átomo teria se todos os elétrons das ligações fossem atribuídos ao átomo mais eletronegativo. Na prática, usamos regras convencionais para espécies comuns.
Regra básica de soma: a soma algébrica dos números de oxidação de todos os átomos de uma espécie deve ser igual à carga total da espécie.\sum (\text{n.o. dos átomos}) = \text{carga da espécie}áé
Cargas convencionais de ligantes/orgânicos (o que normalmente se usa em química inorgânica/organometálica):
\mathrm{Cl} é usualmente -1 quando ligado a metais (é um ânion cloreto).
Ligantes alquil/aryl ligados covalentemente a metais (como \mathrm{Et} e \mathrm{Ph}) costumam ser considerados como grupos aniónicos de carga -1 na contagem formal de n.o. (por exemplo, \mathrm{Et}^{-}, \mathrm{Ph}^{-}).
\mathrm{Cp} (ciclopentadienil quando atua como ligante η^5) é tratado como \mathrm{C}_{5}\mathrm{H}_{5}^{-}, ou seja, carga -1.
\mathrm{CO} é um ligante neutro (carga 0) na atribuição usual de números de oxidação.
\mathrm{NH}_{4}^{+} tem carga +1 (já dada).
Estratégia prática: para cada espécie, escrevo a equaçãox + \sum(\text{cargas dos ligantes}) = \text{carga total da espécie}éonde x é o número de oxidação do átomo central que queremos achar; depois isolo x.
Vou aplicar essas regras explicitamente a cada caso, explicando por que cada ligante recebe a carga que eu usar.
Passo 3
Resolvendo o composto 1: \mathrm{NH}_{4}\left[\underline{\mathrm{SbCl}_{5}}\mathrm{Ph}\right].
Dados importantes aqui:
\mathrm{NH}_{4}^{+} é o cátion com carga +1. Portanto o anião [\mathrm{SbCl}_{5}\mathrm{Ph}] tem carga total -1 (para o sal ficar neutro).
Atribuições de carga dos ligantes:
cada \mathrm{Cl} é -1,
\mathrm{Ph} (fenil ligado ao metal) é tratado como um grupo arila aniónico, isto é \mathrm{Ph}^{-} com carga -1 (na contagem formal de n.o. de complexos organo-metálicos, um grupo arila ligado covalentemente comporta-se como um ligado aniónico).
Escrevo a equação para o n.o. de \mathrm{Sb}, que chamo de x:x + 5\cdot(-1) + (-1) = -1.Aqui o 5\cdot(-1) vem das cinco \mathrm{Cl} e o último (-1) vem do \mathrm{Ph}; o lado direito -1 é a carga do anião.
Resolvo:x -5 -1 = -1 \quad\Rightarrow\quad x -6 = -1 \quad\Rightarrow\quad x = +5.
Interpretação: o antimônio está no estado de oxidação +5. (Observação útil: se alguém tratasse \mathrm{Ph} como ligante neutro, obteria x=+4, mas a convenção correta em organometálicos/complexos arila é considerar \mathrm{Ph}^{-}.)
Passo 4
Resolvendo o composto 2: [\mathrm{FeCp}_{2}] (ferroceno).
Dados e convenções:
O ferroceno \mathrm{FeCp}_{2} é uma molécula neutra no estado comum.
Cada ligante \mathrm{Cp} (ciclopentadienil \mathrm{C}_{5}\mathrm{H}_{5}) é considerado \mathrm{C}_{5}\mathrm{H}_{5}^{-} com carga -1 quando atua como ligante η^5.
Seja x o número de oxidação do ferro \mathrm{Fe}. A equação da soma de cargas é:x + 2\cdot(-1) = 0.
Resolvo:x -2 = 0 \quad\Rightarrow\quad x = +2.
Interpretação: o ferro no ferroceno tem número de oxidação +2. Explicação intuitiva: dois ligantes Cp^- cada um contribui com -1, então Fe deve ser +2 para neutralizar.
Passo 5
Resolvendo o composto 3: \left[\mathrm{PbEt}_{4}\right] (tetraetilchumbo).
Dados e convenções:
A espécie \mathrm{PbEt}_{4} é, na forma usual, neutra (é o tetraetilchumbo). Cada grupo etil \mathrm{Et} ligado ao chumbo é tratado formalmente como \mathrm{Et}^{-} (carga -1) para fins de determinação do número de oxidação do metal.
Seja x o número de oxidação do \mathrm{Pb}. A equação é:x + 4\cdot(-1) = 0.
Resolvo:x -4 = 0 \quad\Rightarrow\quad x = +4.
Interpretação: o chumbo está formalmente no estado de oxidação +4 em \mathrm{PbEt}_{4}.
Passo 6
Resolvendo o composto 4: [\underline{\mathrm{V}}(\mathrm{CO})_{4}\mathrm{Cp}] (complexo de vanádio).
Dados e convenções:
A espécie indicada é neutra (não foi dada carga). Vou assumir a forma neutra \mathrm{V}(\mathrm{CO})_{4}\mathrm{Cp}.
Ligantes: cada \mathrm{CO} é neutro (carga 0); \mathrm{Cp} é \mathrm{C}_{5}\mathrm{H}_{5}^{-} com carga -1.
Seja x o número de oxidação do \mathrm{V}. A equação é:x + 4\cdot 0 + (-1) = 0.
Resolvo:x -1 = 0 \quad\Rightarrow\quad x = +1.
Interpretação: o vanádio está no estado de oxidação +1 no complexo \mathrm{V}(\mathrm{CO})_{4}\mathrm{Cp}. Observação prática: \mathrm{Cp}^{-} transfere uma carga negativa, enquanto os \mathrm{CO} são neutros, então o metal precisa ser +1 para a molécula ser neutra.